Конструирование силового трехфазного трансформатора ТМ-400 МО

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«НЕЛИДОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Дисциплина: МДК 01.01 Электрические машины

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Конструирование силового трехфазного трансформатора ТМ-400 МО

Выполнил Корольков Д.Д.

Руководитель Наумов А.И.

2018 г.



Содержание

Введение

1. Расчетная часть

1.1 Расчет основных электрических величин трансформатора

1.2 Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров

1.3 Выбор конструкции и расчёт обмоток НН и ВН

1.4 Расчет параметров КЗ

1.5 Расчет магнитной системы и характеристик ХХ

1.6 Определение КПД трансформатора

1.7 Тепловой расчет трансформатора

1.8 Расчет массы трансформатора

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение

трансформатор электрический изоляционный обмотка

Трансформаторы - это наиболее распространённые устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Они повышают напряжение переменного тока, что необходимо для экономной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения энергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителей значений. Наряду с этим, трансформаторы являются элементами электроустановок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений необходимых для работы последних.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более обмоток связанных индуктивно, и предназначенные для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока. Обмотку, присоединённую к питающей сети, называют первичной, а обмотку, к которой подсоединяется нагрузка-вторичной. Обычно все величины, относящиеся к первичной обмотке трансформатора помечают индексом 1, а относящиеся к вторичной-индексом 2.

Первичную обмотку трансформатора подсоединяют к питающей сети переменного тока. Ток первичной обмотки I1 имеет активную и индуктивную составляющие. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход), вследствие действия индуктивной составляющей тока IОм, возникает магнитный поток, который намагничивает сердечник. Активная составляющая тока I определяется потерями, возникающими, в местах стали, при перемагничивании сердечника. Наибольшая часть потока Ф1 сцеплённого с первичной обмоткой, сцеплена также со всеми обмотками фазы и является потоком взаимоиндукции между обмотками, или главным рабочим потоком Ф. Другая часть полного потока Ф1 сцеплена не со всеми витками первичной и вторичной обмоток. Её называют потоком рассеивания.

ЭДС обмотки пропорциональна числу её витков. Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации, который пропорционален отношению чисел витков первичной и вторичной обмоток.

Устройство силовых трансформаторов.

Трансформаторы имеют магнитопроводящие сердечники и токопроводящие обмотки. Для лучшего охлаждения сердечники и обмотки мощных трансформаторов погружаются в бак, наполненный маслом. Сердечники трансформаторов состоят из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярм, которые служат для проведения потока между стержнями. Различают два вида сердечников: стержневой и броневой.

Броневой сердечник имеет разветвлённую магнитную систему, вследствие этого поток в ярме составляет половину от потока стержня, на котором расположены обмотки.

Трёхфазные трансформаторы выполняются обычно стержневыми. Их сердечники состоят из расположенных в одной плоскости трёх стержней, соединённых ярмами. Магнитная система таких трансформаторов несколько несимметрична, так как магнитная проводимость потока крайних стержней и среднего - является неодинаковой.

Вследствие изменения потока, в контурах стали сердечника индуктируется ЭДС, вызывающая вихревые токи, которые стремятся замкнуться по контуру стали, расположенному в поперечном сечении стержня. Для уменьшения вихревых токов, сердечники трансформатора набираются (шихтуются) из изолированных прямоугольных пластин электротехнической стали толщиной 0.5мм или 0.35мм. Для уменьшения зазоров в местах стыков, слои сердечника, набранные различными способами, чередуются через один. После сборки, листы верхнего ярма вынимаются и на стержнях устанавливаются обмотки, после чего ярмо вновь зашихтовывается. Листы сердечника изолируются лаком или бумагой, имеющей толщину 0.03мм, и стягиваются при помощи изолированных шпилек.

В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, имеющие вид размещённых концентрически (одна в другой) полых цилиндров. Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

По способу охлаждения трансформаторы разделяются на масляные, обмотки которых погружены в масло и сухие, охлаждаемые воздухом. Мощные силовые трансформаторы имеют масляное охлаждение. Трансформатор в большинстве случаев не является полностью твёрдым телом, а содержит большое количество жидкого масла, которое оказывает значительное влияние на теплопередачу.

В большинстве случаев в трансформаторах электропередач применяются так называемые концентрические обмотки, которые имеют вид размещённых концентрически полых цилиндров (одна в другой). Обычно ближе к сердечнику размещается обмотка низшего напряжения, требующая меньшей толщины изоляции сердечника.

В трансформаторах мощностью до 560 кВА концентрическая обмотка выполняется по типу цилиндрической обмотки, в большинстве случаев имеющей два слоя. Слои обмотки выполняются из провода круглого или прямоугольного сечения. Провод наматывается впритык по винтовой линии вдоль образующей цилиндра.

В трансформаторах больших мощностей концентрическая обмотка низшего напряжения выполняется по типу винтовой, в которой между двумя соседними по высоте витками оставляется канал.

В трансформаторах на напряжение 35 кВ и более применяют концентрическую обмотку, выполненную по типу непрерывной, в которой, отличие от винтовой, каждый виток состоит из нескольких концентрически намотанных витков обмотки. Катушки этой обмотки наматываются непрерывно одним проводом без пайки. При воздействии осевых сжимающих усилий, возникающих при внезапных коротких замыканиях, наиболее надёжными являются непрерывные обмотки.



2. расчетная часть проекта

2.1 Расчет основных электрических величин трансформатора

ВН - Высокого Напряжения.

НН - Низкого Напряжения.

Мощность одной фазы и одного стержня, кВ•А,

S' =S/m=250/3=83,3 кВА

где S - мощность трансформатора,кВ•А;

m - число фаз.

Номинальные линейные токи на сторонах, А,

ВН I_вн =S•10³/•U_BH=250•1000/•35000=4,13А

НН I_нн =S•10³/•U_HH=250•1000/•230=628,14 А

где U1и U2 - соответствующие значения напряжений обмоток, кВ.

Фазные токи, А, обмоток при схеме соединения звезда равны линейным токам, фазные токи при схеме соединения треугольник,

I_{Ф, ВН}=I/А

I_ф,ВН =I_ВН=4,13А; I_ф,НН=I_НН /=628,14/=363,08А

Фазные напряжения обмоток ВН и НН при соединении звезда, В,

U_Ф,ВН=U_ВН/=35000/=20231В,

при схеме соединения «треугольник», В,

U_Ф,НН=U_НН=230В

2.2 Выбор изоляционных расстояний и расчет основных размеров трансформатора

Испытательные напряжения (по табл. 5.1 «приложение»): для обмотки ВН U_исп,ВН=85 кВ, для обмотки НН U_исп,НН=18 кВ.

По таблице 4.1 выбираем тип обмоток.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_исп,ВН =85 кВ по табл. 5.3 находим изоляционные расстояния (рис.6.1 «приложение»);

а₁₂=2,7 см, h₀=7,5см, а₂₂=2см,

для U_исп,НН =18 кВ по табл. 5.2 находим а₀₁=1,5см.

а₁₂-осевой канал между обмотками НН и ВН одной фазы;

h₀ -расстояние от обмоток до ярма;

а₂₂-расстояние между обмотками ВН и ВН соседних фаз;

a₀₁-расстояние от стержня до обмотки HH.

Расчет основных размеров трансформаторов.

Определяем диаметр стержня, см,

см

в=1,5 (табл.6.1); k_р=0,95; k_с=0,9;В_с=1,65Тл;

a_p = a₁₂+ (а₁+ а₂) /3=2,7+1,8=4,5см

(а₁+ а₂) /3=к_кр•=0,6•=1,8см

а_р -ширина приведенного канала рассеяния трансформатора,

где k_кр -- коэффициент канала рассеяния, принимается равным 0,6.

в=1,5 -определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора для разных мощностей, при этом меньшим значениям для одинаковых мощностей соответствуют трансформаторы, относительно узкие и высокие, большим -широкие и низкие;

k_р- коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) и при определении основных размеров можно принять равным 0,95;

- реактивная составляющая напряжения к.з.;

В_с -магнитная индукция холоднокатаной текстурованной стали марки 3405 толщиной 0,3 мм для масляных трансформаторов;

K_С -коэффициент заполнения сталью (предварительно можно принять равным 0,9).

u_р====6,32%

u_a=P_к/10•S=3700/10•250=1,48%

Из нормализованной шкалы берем ближайшее значение нормализованного диаметра D₀ = 14см (табл.9.1), где П_ф,с=141,5см².

Выбираем сталь марки 3405 толщиной 0,3 мм с жаростойким покрытием с отжигом (табл. 3.1 и 3.2 «приложение»),к_з=0,96.

Определяем ЭДС витка, В,

u_в=4,44·f·B_с·П_с·10^-4=4.44•50•1,65•135,8•10^-4=4,97В,

где П_с=к_з•П_ф,с=0,96•141,5=135,8см².

Определяем высоту обмотки (второй основной размер трансформатора),см,

Н_о=рD₁₂/в= р·19,6/1,5= 92 см,

где D₁₂ - средний диаметр между обмотками (третий основной размер трансформатора), может быть приближенно определен по формуле,

D₁₂ = б·d₀= 1,4·14= 19,6см,

где б= 1,44ч1,45для алюминиевого провода.

2.3 Выбор конструкции и расчет обмоток ВН и НН

Расчет обмоток НН.

Число витков на одну фазу обмотки НН определяется по формуле:

=U_ф,НН/u_в=230/4,9=46

где U_фНН- фазное напряжение НН; u_в- ЭДС одного витка.

Уточняем ЭДС одного витка, В,

u_в,НН = U_ф,НН/щ_НН=230/46=5В

Действительная индукция в стержне, Тл,

B_c = u_в,НН·10⁴/4,44•f•П_c=5•10000/4,44•50•136=1,65 Тл

Ориентировочное сечение витка, мм²,

П_в,НН= I_ф,НН/J=363/1,8=202мм²

где J--средняя плотность тока в обмотках равна 1,8 А/мм² по (табл. 7.1 «приложение» (для алюминиевого провода)).

По (табл. 7.2 «приложение») выбираем провод с номинальными размерами по стороне а и стороне b с изоляцией на две стороны 0,5 мм.

АПБЧn_прЧ=2Ч=2Ч99,94=199,88 мм²,

где АПБ - марка алюминиевого (круглого и прямоугольного сечения) провода (медные провода имеют марку ПБ);

п_пр- число проводников в витке, которое подобрано из расчета, что их суммарное сечение должно быть близким к рассчитанному.

Уточняем плотность тока, А/мм²,

J_НН= I_ф,НН/ П_в,НН =363/202=1,8А/мм².

Число катушек на одном стержне,

,

где h_{кан НН}--высота канала выбрана равной 0,4см.

Принимаем 5 катушек.

Число витков в катушке,

Определяем высоту обмотки, см,

H_o,НН =b'·n_кат,НН+к_у·h_кан·(п_кат,НН-1)=1,85•5+0,95•0,4•(5-1)=94см,

где к_у - коэффициент, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрессовки обмотки, принимается равным 0,94ч0,96 (принимаем равным 0,95).

Определяем радиальный размер обмотки, см (рис. 7.3 «приложение»),

а₁=а'•п_пр•щ_кат,НН=0,61•2•9=10,9см

Внутренний диаметр обмотки, см,

D₁'= D₀+ 2?a₀₁=14+2•1,5=17см

Наружный диаметр обмотки, см,

D₁”= D₁'+ 2?а₁=17+2•10,9=39см

Расчет обмотки ВН.

Число витков при номинальном напряжении на одну фазу обмотки ВН

Число витков на одной ступени регулирования:

щ_р = 2,5·щ_ном,ВН /100=2,5•4048/100=101,2

принимаем 101 витков.

Число витков на ответвлениях:

+ 5%щ_ВН = щ_ном,ВН + 2щ_р=4048+2•101=4250

+ 2,5% щ_ВН= щ_ном,ВН + щ_р=4048+101=4149

-2,5% щ_ВН = щ_ном,ВН-щ_р=4048-101=3947

-5% щ_ВН= щ_ном,ВН -2щ_р=4048-2•101=3846

Число витков на номинальное напряжение щ_ном,ВН= 4048.

Ориентировочная плотность тока, А/мм^2,

J_ВН = 2J - J_НН=2•1,8-1,8=1,8А/мм².

Ориентировочное сечение витка, мм²,

П_в,ВН = I_Ф,ВН/J_ВН= 4,13/1,8=2,3мм².

По полученному сечению витка подбираем число и реальное сечение провода ВН по (табл. 7.2 «приложение»):

мм²;П_в.ВН=2,3мм²

Уточняем плотность тока, А/мм²,

J_ВН = I_Ф,ВН /П_в,ВН=4,13/2,3=1,79А/мм².

Число катушек на одном стержне,

Число витков в основных катушках,

щ_кат,ВН= щ_ВН/п_кат,ВН=4048/108=37

Высота обмотки, см,

Н_0,ВН=b'•n_кат,ВН+k_у•(h_{кан. ВН}•(n_кат,ВН - 2)+h_кан,р)=0,45•37+0,94•(0,4•(37-2)+1,5)=272см

h_кан,р- высота канала в месте разрыва обмотки и размещения регулировочных витков выбирается по изоляционным соображениям и рекомендуется принять равным 1,5 см;

к_у - коэффициент, учитывающий усадку изоляции после сушки и опрессовки обмотки, равен 0,94ч0,96 (в отдельных случаях 0,9), принимаем равным 0,94.

Определяем радиальный размер обмотки, см,

а₂ =а'·щ_кат.ВН=0,23•37=8см.

Внутренний диаметр обмотки, см,

D₂'= D₁”+ 2a₁₂=39+2•2,7=44,4см.

Наружный диаметр обмотки, см,

D₂”= D₂'+ 2а₂=44,4+16=60,4см.

2.4 Расчет параметров короткого замыкания

Потери короткого замыкания рассчитываем по следующей методике.

Потери короткого замыкания.

Основные потери НН, Вт,

Р_осн,НН= 12,75••М_А,НН =12,75•(1,8)²•66,1=2730Вт,

где М_А,НН - масса металла обмотки НН, которая для алюминиевого провода с определяется по формуле:

М_А.НН = 8,47·с•D_ср•щ_НН•П_в.НН·10^-5 =8,47•3••46•202•10^-5=66,1 кг,

где с -- число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (для трехфазного принимается равным 3;

D_ср -- средний диаметр обмотки, определяется как среднее между внутренним D₁' и наружным D₁” диаметрами обмоток НН, см;

щ_НН-- число витков обмотки НН;

П_в.НН·-- сечение витка на НН, мм².

Основные потери обмотки ВН:

Р_осн,ВН= 12,75••М_А.ВН=12,75•(1,8)²•123=5081 Вт,

где М_А,ВН - масса металла обмотки ВН, которая для алюминиевого провода с определяется по формуле:

М_А.ВН = 8,47·с•D_ср•щ_номВН•П_в.ВН·10^-5=8,47•3••4048•2,3•10^-5=123кг,

где с -- число активных (несущих обмотки) стержней трансформатора (для трехфазного принимается равным 3;

D_ср -- средний диаметр обмотки, определяется как среднее между внутренним D₁' и наружным D₁” диаметрами обмоток ВН, см;

щ_ВН-- число витков на основном ответвлении стороны ВН;

П_в.ВН·-- сечение витка на ВН, мм².

Расчет добавочных потерь в обмотке НН (рис.8.7 «приложение»)



к_д,НН=

В приведенных формулах значение в_Д для изолированного провода всегда меньше единицы, поэтому приближенно можно взять равным 0,74;

а -- размер проводника, перпендикулярный направлению линий магнитной индукции осевой составляющей поля рассеяния;

n -- число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению линий магнитной индукции осевой составляющей поля рассеяния, которое для катушечных обмоток определяется по формуле

тогда , .

Расчет добавочных потерь в обмотке ВН (рис.8.7 «приложение»)

к_д,ВН=

Основные потери в отводах.

Длина отводов:

- для схемы соединения треугольник (НН), см,

l_отв,НН = 14·H_о,НН=14•94=1316см,

- для схемы соединения звезда (ВН),см,

l_отв,ВН= 7,5 ·Н_о,ВН=7,5•272=2040см.

Масса отводов НН, кг,



М_отв,нн = П_в,ВН·l_отв,НН?г_А·10^-8=202•1316•2700•10^-8=7,1кг

где г-- плотность металла отводов (для меди г_М =8900 кг/м³, для алюминия г_А=2700 кг/м³).

Потери в отводах НН, Вт,

Р_отв,НН = 12,75·М_отв,НН=12,75•1,8²•7,1=293Вт

Масса отводов ВН, кг,

М_отв,ВН = П_в,ВН·l_отв,ВН·г_А·10^-8=2,3•2040•2700•10^-8=0,12кг

Потери в отводах ВН, Вт,

Р_отв,ВН = 12,75 ··М_отв,Н=12,75•1,8²•0,12=4,95Вт

Потери в стенках бака и других элементах конструкции приближенно:

Р_б= 10·к_б·S=10•0,03•250=75Вт,

где S-полная мощность трансформатора, кВ·А; к_б-коэффициент, приведенный ниже, принимаем к_б=0,03:

Полные потери к. з. будут равны сумме найденных выше потерь:

Активная составляющая, %.

u_a=

Реактивная составляющая, %.

u_p= 15,6%

в=

D₁₂=

a_p=+а₁₂=

к_р=1-у•(1-e^-1/у)=1-0,07(1-e^-1/0,04)=0,93

у=

к_q=

x=

u_k=6,1%

Расчет механических сил в обмотках

Установившийся ток КЗ, А,

I_к,у= I_ф,нн

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания, А,

i_{к, max =} 1,41•к_max•I_к,у=1,41*1,44*2254=4576А

к_max=



2.5 Расчет магнитной системы и характеристик холостого хода

Определение размеров и массы магнитопровода.

Основные размеры и данные стержня сердечника - его диаметр и высота, число ступеней и активное сечение были определены в начале расчета трансформатора до расчета обмоток.

Определение размеров и массы магнитопровода проводим по следующей схеме. Выбираем трехстержневую конструкцию магнитной системы скосыми стыками на крайних стержнях и прямыми -- на среднем.

Прессовку стержня осуществляем бандажами из стеклоленты, ярм-- полубандажами, проходящими вне активной стали. Выбираем материал магнитопровода - сталь марки 3405(0,3мм).

Расстояние между осями обмоток, см (рис.9.2 «приложение»),

А = D₂''+a₂₂=60,4+2=62,4см

Выписываем из табл. 9.1сечения стержня П_ф,си ярма П_ф,ядля различных диаметров, высоту ярма h_я (равная ширине наибольшей пластины):

П_ф,с = 183,5см²; П_ф,я = 188,3см²; h_я = 13,5см;V_у=2,42дм³

Определяем высоту окна

H = H_о + h'_о+ h''=92+7,5+(7,5+4,5)=111,5см

где h'_ои h''_о- расстояния от обмоток до верхнего и нижнего ярма. Для трансформаторов с мощностью от 1000 до 6300 МВт можно принять: h'_о = 7,5, h''_о = (7,5+4,5).

Определим массу одного из углов магнитной системы. Угол можно представить себе как ступенчатое тело, образованное в результате пересечения ступенчатых тел стержня и ярма.

Масса угла, кг,

=2,42•0,96•7,65=18кг

где V_y-- объем угла, дм³;

к₃--коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью для современных трансформаторов из холоднокатаной стали с жаростойким покрытием принят равным 0,96;

у_ст-- плотность электротехнической стали, равная 7,65 кг/дм³ для холоднокатаной стали (принять для всех вариантов задания).

Масса стержней (1на рис. 9.1, а «приложение»),кг,

М_с= с•П_ф,с•к₃•(Н+h_я)•г_ст•10^-3-с·М_У=3•183,5•0,96•(111,5+13,5)•7,65•10^-3-3•18=451кг

где с-- число стержней магнитной системы;

П_ф,с-- площадь поперечного сечения стержня [площадь многоугольника (фигуры) за вычетом площади охлаждающих каналов], см²;

Н -- высота окна, см;

h_я-- высота ярма, см, равная ширине наибольшего листа ярма.

Масса ярм, кг (2на рис. 8.1,а «приложение»),

М_я = 4·П_ф,я·к_з·А·у_ст·10^-3-4·М_У=4•188,3•0,96•62,4•7,65•10^-3-4•18=273кг

Масса стали магнитопровода, кг,

M_ст = М_с+ M_я + 6М_у=451+273+6•18=832кг

Расчет потерь холостого хода

1,65•=1,61Тл

Среднее значение индукции в углах возьмем равным индукции в стержне

В_у= В_с=1,65 Тл.

Для этих значений индукции из (табл. 9.2 «приложение») находим значения удельных потерь и из (табл. 9.3 «приложение») коэффициенты увеличения потерь для углов с прямыми и косыми стыками:

р_с= 1,260Вт/кг;

p_я = 1,171Вт/кг;

к_пр= 2,54 (для прямого стыка с отжигом для стержня);

к_к=1,78 (для косого стыка с отжигом для ярма).

Потери в магнитопроводе определяются по следующей формуле

где -- удельные потери, по индукции в стержне;

-- то же для ярма;

и --число углов с прямыми стыками листов и коэффициент увеличения потерь в них;

и --то же для углов с косыми стыками;

-- коэффициент, учитывающий добавочные потери в магнитной системе, который для современной конструкции магнитопроводов (с прессовкой бандажами из стеклоленты, рулонной сталью) можно принять равным 1,1 в случае отжига листов и 1,17 при отсутствии отжига. Коэффициент увеличения потерь в углах определяется по среднему значению индукции в угле.

Расчет тока холостого хода выполним по следующей схеме.

Средняя индукция в косом стыке

Тл.

Из (табл. 9.2 «приложение») находим значения удельных намагничивающих мощностей стержней(для ), ярм(для ), прямого и косого стыков (для ) и из (табл.9.3 «приложение») -- коэффициенты увеличения намагничивающей мощности для углов с прямыми к'_пр и косыми к'_к стыками:

q_с =1,840В·А/кг;

q_я=1,580В·А/кг;

q_з,к = 0,298В·А/см²;

q_з,с = 2,240 В·А/см²;

q_з.я=1,984В·А/см²;

к'_пр=13,1;

к'_к= 2,94.

Намагничивающая мощность всей системы, В•А,

где при отжиге листов и при отсутствии отжига;

и -- удельные намагничивающие мощности, найденные по табл. 16 по индукции в стержне и индукции в ярме;

и -- коэффициенты, учитывающие увеличение намагничивающей мощности в углах с прямыми и косыми стыками, берутся по табл. 17 по среднему значению индукции в углах;

-- намагничивающая мощность, требуемая для прохождения магнитного потока через зазоры стыков рис. 4 а ( = 1 - число зазоров прямого стыка сердечника; =2 - число зазоров прямого стыка якоря; = 4 - число зазоров косого стыка якоря).

Относительное значение тока холостого хода

==0,47%

Относительное значение активной составляющей тока XX, %,

Относительное значение реактивной составляющей тока

%.



2.6 Расчет коэффициента полезного действия при номинальной нагрузке

Принимаем cos ц = 1, что допустимо, тогда

2.7 Тепловой расчет трансформатора

Тепловой расчет обмоток.

Определяем удельные тепловые нагрузки обмоток q, Вт/м². Непрерывные, дисковые и винтовые обмотки рассчитываются по формулам:

для алюминия

здесь -коэффициент закрытия части обмотки рейками принять равным для НН и ВН можно принять = 0,6;

-- периметр катушки, мм;

I_кат-- ток, проходящий через катушку, А;

-- число витков в катушке;

J -- плотность тока, А/мм²;

-- коэффициент, учитывающий добавочные потери.

Удельная тепловая нагрузка обмотки НН (алюминий)

Вт/м²,

здесь периметр одной катушки НН, мм,

Удельная тепловая нагрузка обмотки ВН

Вт/м²,

здесь периметр одной катушки ВН, мм,

Превышение температуры обмоток над температурой масла:

- обмотки НН(внутренней) (табл. 10.4 «приложение»),

_Ио,м,НН= 0,41·=0,41•3853^0,6=58^оС

- обмотки ВН, (внешней) (табл. 10.5 «приложение»)

И_o,м,ВН= 0,358·=0,358•99^0,6=5°С..

Определяем размеры бака и поверхность охлаждения бака, крышки и дна.

Находим ширину бака. см,

В_б=D₂''+2а_о,б=60+2•12=84см

где D₂'' -- наружный диаметр внешней обмотки (ВН);

а_0,б-- изоляционное расстояние от внешней обмотки до стенки бака (табл. 10.7 «приложение» ).

Определяем длину бака, см,

А_б=2·А + В_б=2•62+84=208см

где А -- расстояние между осями стержней магнитопровода.

Определяем глубину бака, см,

Н_б = Н + 2h_я + h_я,к=11,5+2•13,5+50=188,5

где H -- высота окна;

h_я -- высота ярма;

h_я,к -- сумма расстояний от магнитопровода до дна и крышки бака (табл. 10.7 «приложение»).

Поверхность гладкого овального бака, крышкии дна

П_б= [2(А_б-В_б)+р•В_б]•Н_б- 10^-4=[2•(208-84)+•84]•188,5•10^-4=9,6,

.

Определяем допустимое среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, над воздухом изусловия, чтобы температура наиболее нагретой катушки обмоток превышала температуру воздуха не более, чем допускает ГОСТ 11677-75, т. е.

И_м,в ? 65^оС - И_о,м,ср = 65 - 31,5 = 33,5^оС.

В этой формуле следует взять в качестве среднего И_о,м,ср большее из двух значений И_{o,м, НН} и _Ио,м,ВН, т.е. принимаем И_о,м,ср = 31,5 °С.

Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом будет меньше И_м,вна величину перепада температуры между маслом и стенкой бака

И_б,в = И_м,в -И_м,б = 33,5-5= 28,5°С,

здесь И_м,б обычно не превышает 5 - 6 °С.

Полученное значение И_б,в должно удовлетворять неравенству, вытекающему из требования ГОСТ:

^оС

где коэффициент , определяющий отношение максимального и среднего превышений температуры масла, в предварительном расчете можно принять = 1,2. Тогда

^оС

По (табл. 10.6 «приложение») определяем q_б=433 Вт/м².

Потери, отводимые с поверхности бака, Вт,

Q_б=q_б•(П_б+0,75•П_кр)=433•(9,6+0,75•1,6)=7170Вт

Потери, отводимые с поверхности радиаторов, Вт,

Q_р=Р₀+Р_к-Q_б=1184+10083-7170=4097Вт

Необходимая площадь радиаторов, м²,

м²

По (табл. 10.8 «приложение») выбираем два радиатора n_рад=2 со следующими характеристиками:

ежосевое расстояние	Высота	Ширина	Количество рядов	Масса Мр, кг	Теплоотдаю-шая поверхность	Масса маслa в радиаторе Мм,р, кг
1100	1295	189	1	78	6,53	40

Уточняем удельную тепловую нагрузку бака

Вт/м².

По (табл. 10.6 «приложение») находим И_м,_в=30° С.

Определяем превышение температуры обмоток над воздухом:

- обмотки НН

И_в,НН =И_{о, м,НН} + И_м,в=58+30=88^оС

- обмоткиВН

И_в,ВН = И_о,м,ВН + И_м,в=5+30=35^оС

2.8 Расчет массы трансформатора

Масса активной части, кг,

кг

где масса провода, кг,

М_пр =1,06·(М_А,НН+ 1,05 ·М_а,ВН + М_от,НН+ +М_отв,ВН)=1,06•(66+1,05•123+10,6+0,12)=218кг

Масса бака с радиаторами, кг,

М_б,ст=г_ст·V_б,ст+ n_рад·М_Р=7850•0,1 +2•78=941кг

здесь у_ст-- плотность для холоднокатаной стали, равная 7,85 кг/дм³или 7850 кг/м³ (принять для всех вариантов задания).

м³,

м²,

где б_ст -- толщина стали бака, принять б_ст =10 мм или 0,01 м.

Полная масса масла, кг,

М_м =1,05[0,9· (V_б-V_a,_ч)+n_радM_м,p]•10³=

=1,05•[0,9•(1,88-0,252)+2•0,04]•10³=1622

V_б = П_д•Н_б=1,6•1,8=2,88м³

V_a,_ч= M_a,ч/г_a,ч=1260/5000=0,25м²

где средняя плотность активной части кг/м³ для трансформаторов с медными обмотками и кг/м³- для трансформаторов с алюминиевыми обмотками;

0,9 кг/дм³ или 0,9·10³кг/м³ - плотность трансформаторного масла.

Масса трансформатора, кг,

M_тр=М_а,ч+М_б,ст+М_м=1260+941+1622=3823кг



Заключение

В процессе проектирования трансформатора, изучил электромагнитный и тепловой расчёт. Рассчитал потери холостого хода и потери короткого замыкания. Трансформатор средний по массе и выгоден для использования КПД=95,6.



Список литературы

Основная:

1. А.И. Гончарук Расчет и конструирование трансформаторов, Москва. Энергоатомиздат-1990 год.

Дополнительная:

1.Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1986.

2.Дымков А. М. Расчет и конструирование трансформаторов. М.: Высшая школа, 1971.



Приложение



Размещено на Allbest.ru

...